C语言编译流程讲解

1、 预处理

1）预处理命令

在 C 语言的编译过程中，预处理是第一个阶段。它的主要任务是处理源代码文件中的预处理指令，将其转换为编译器可以识别的格式。

预处理主要包括以下几个方面：

• 宏替换（例如 #define 定义的宏）
• 文件包含（例如 #include 头文件）
• 条件编译（例如 #if、#ifdef 等）
• 注释移除

预处理的结果是一个新的源代码文件，这个文件通常比原始文件要大，因为预处理器会展开宏、插入头文件的全部内容等。这一结果会保存在一个临时文件中，并作为后续编译器输入。

示例：对两个源文件进行预处理

使用如下命令进行预处理：

jimmy@ubuntu:~/helloworld$ gcc -E hello.c -o hello.i
jimmy@ubuntu:~/helloworld$ gcc -E main.c -o main.i

命令参数说明：

• -E：Expand（展开）的缩写，表示仅执行预处理阶段。

• .i：Intermediate（中间）的缩写，通常预处理生成的文件以 .i 作为后缀。

2、 编译

在 编译阶段，编译器会将预处理后的源代码文件（.i 文件）转换为 汇编代码（.s 文件）。

这个过程包括以下几个步骤：

• 词法分析
• 语法分析
• 语义分析
• 代码优化

编译器会检查源代码的语法和语义，生成对应的汇编代码。这是整个编译过程中最复杂、最耗时的阶段之一，决定了程序的正确性和性能。

编译命令示例：

jimmy@ubuntu:~/helloworld$ gcc -S hello.i -o hello.s
jimmy@ubuntu:~/helloworld$ gcc -S main.i -o main.s

参数说明：

• -S：**Source（源代码）**的缩写，表示只执行编译生成汇编代码。

• .s：**Assembly Source（汇编源码）**的缩写，表示输出为汇编代码文件。

1.7.4 汇编

1）汇编命令

在 汇编阶段，由 汇编器（Assembler） 将 .s 汇编代码翻译成目标机器的二进制代码（.o 文件）。这是机器可以直接执行的指令格式，虽然尚未链接成最终程序。

汇编器的主要任务包括：

• 符号解析

• 指令翻译

• 地址关联

• 重定位处理

• 简单的代码优化

汇编命令示例：

jimmy@ubuntu:~/helloworld$ gcc -c hello.s -o hello.o atguigu@ubuntu:~/helloworld$ gcc -c main.s -o main.o`

参数说明：

• -c：Compile or Assemble，表示将 .s 或 .c 文件编译为目标文件（机器码），但不进行链接。

• -o：Object 的缩写，表示输出的目标文件名，一般以 .o 为后缀。

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2）目标文件内容结构分析

汇编完成后生成的 .o 文件是目标文件，可以使用 objdump 工具查看其内容。

查看机器码和反汇编：

objdump -d main.o

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3）常见的 section（段）

目标文件中被划分为多个段（section），不同段的功能不同：

• .text：包含可执行指令，是程序的主代码区。

• .data：包含已初始化的全局变量和静态变量，这些变量在程序启动时已经被赋初值。

• .bss：包含未初始化的全局变量和静态变量。不占用目标文件的实际空间，仅指示运行时要分配并清零的内存区域。

• .rodata：只读数据段，如字符串常量和其他只读常量。

• .symtab、.rel.text、.debug_info 等其他段用于调试、符号表、重定位等目的。

1.7.5 链接

链接阶段由链接器完成，它将多个目标文件及所需库链接为最终的可执行文件。

链接器主要功能：

• 解析符号引用与定义（如函数、全局变量）
• 处理地址重定位
• 合并各目标文件和库文件
• 生成可执行程序或共享库文件

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1）链接方式

（1）静态链接

将所有目标文件和库全部打包到一个可执行文件中，运行时不再依赖外部库。

gcc -static main.o hello.o -o main
# -static：强制使用静态库进行链接

（2）动态链接

程序运行时才加载库，减小体积，提升复用性。

方式一：默认动态链接

gcc main.o hello.o -o main # 不加 -static，默认使用动态链接

方式二：使用自定义动态库

生成动态库：

gcc -fPIC -shared -o libhello.so hello.o # -fPIC：生成位置无关代码 # -shared：生成共享库（.so）

链接生成可执行文件：

gcc main.o -L ./ -lhello -o main_d # -L ./：指定库路径 # -lhello：链接 libhello.so

-L ./表示额外的库文件位置为当前目录

运行时指定库路径：

LD_LIBRARY_PATH=./ ./main_d

（3）混合链接

部分库使用静态链接，其他使用动态链接。

生成静态库：

ar crv libhello.a hello.o

链接优先动态库（若存在）：

gcc main.o -L ./ -lhello -o main

强制使用静态库（先删除 .so）：

rm libhello.so

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2）glibc 的库说明

• 动态库路径：/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so

• 静态库路径：/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.a